Hệ thống viễn thông - chương 2

Chia sẻ: it_p0k3t

Chuyển t/h tương tự sang tín hiệu số Phương pháp biến đổi tín hiệu tương tự sang số phổ biến hơn cả là điều chế xung mã PCM PCM bao gồm các bước sau: Lấy mẫu, lượng tử hoá và mã hoá. PCM có những biến thể khá thông dụng là PCM delta, điều chế xung mã vi sai DPCM điều chế delta DM, DM thích nghi ADM

Bạn đang xem 10 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Hệ thống viễn thông - chương 2

LOGO




Đà Nẵng, năm 2009
Nội dung
GiỚI THIỆU CHUNG
3
1

KỸ THUẬT SỐ HOÁ VÀ ĐỊNH DẠNG TÍN HiỆU
2

CÁC VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN DẪN
3

HỆ THỐNG SỐ - HỆ THỐNG TƯƠNG TỰ
4

HỆ THỐNG THÔNG TIN VI BA –VỆ TINH
3
5

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
6

7
3 HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH
Chương2: KỸ THUẬT SỐ HOÁ VÀ ĐỊNH DẠNG
TÍN HiỆU

C GIỚI THIỆU PP PCM
1

H
ĐiỀU CHẾ XUNG MÃ PCM
Ư 2


Ơ
CÁC KỸ THUẬT SỐ HOÁ GiẢM BĂNG THÔNG
3
N
G ĐỊNH DẠNG TÍN HiỆU SỐ
4
2
 Chuyển t/h tương tự sang tín hiệu số
 Phương pháp biến đổi tín hiệu tương tự sang
số phổ biến hơn cả là điều chế xung mã PCM
 PCM bao gồm các bước sau: Lấy mẫu, lượng
tử hoá và mã hoá.
 PCM có những biến thể khá thông dụng là
PCM delta, điều chế xung mã vi sai DPCM
điều chế delta DM, DM thích nghi ADM
 Các phương pháp sau cho tốc độ tín hiệu số
thấp hơn so với PCM, nên sử dụng băng
thông tiết kiệm hơn
Điều chế xung mã PCM

 PCM ngày càng rộng rãi vì những ưu điểm nổi
bật:
• Có thể sử dụng các mạch số không đắt lắm trong
hệ thống
• Tín hiệu PCM xuất phát từ tất cả các nguồn tín
hiệu tương tự có thể kết hợp với tín hiệu số liệu
(ví dụ từ máy tính) và truyền chung qua hệ thống
truyền tin số tốc độ cao
• Khi truyền tin qua khoảng cách xa, tín hiệu PCM
có thể được khôi phục hoàn toàn tại mỗi trạm lặp
trung gian. Ảnh hưởng của nhiễu không bị tích lu ỹ
mà chỉ cần quan tâm đến nhiễu truyền dẫn giữa
hai trạm lặp cạnh nhau.
• Có thể giảm ảnh hưởng của nhiễu lên tín hiệu
PCM bằng cách sử dụng các kỹ thuật mã hoá đặc
biệt
• Có thể giảm bớt độ dư tin (redundancy) trong bản
tin
• Tín hiệu PCM dễ lưu trữ
 Khuyết điểm:
• Đòi hỏi băng thông rộng hơn so với tín hiệu tương
tự
2.1 Lấy mẫu

 Là bước đầu tiên của kỹ thuật số hoá
 Mục đích:
• Tạo nên một dãy xung rời rạc, tuần hoàn rộng
bằng nhau
• Biên độ xung bằng với giá trị tín hiệu tương tự tại
thời điểm lấy mẫu
• Dãy xung đó được gọi là PAM (Pulse Amplitude
Modulation)
 Nếu PAM có tần số đủ lớn thì có thể khôi
phục lại tín hiệu tương tự ban đầu từ tín hiệu
PAM
 Định lý lấy mẫu Shannon:
fs ≥ 2fm
fs : tần số của tín hiệu PAM
fm : tần số cực đại của phổ tín hiệu tương tự.
 Trường hợp tín hiệu tương tự là tín hiệu thông dải có
phổ từ fL đến fH thì fs được chọn:

2 2
fH ≤ fS ≤ fL
n −1
n
fH
Tốc độ lấy mẫu 8KHz. Sử dụng trong mạng điện thoại
n = int: PSTN, ISDN
f ụ − f WB-GIPS (Wide band-
Bộ mã hoá băng rộng dí dH như: L
Global IP Sound ( sử dụng trong skype),sử dụng tốc độ
Lấyymmẫu16KHz ệu thoại tương tự có phổ:
l ấ ẫu là tín hi
VD:
0.3 - 3.4 kHz, theo định lý lấy mẫu có:
n = int(3.4/3.1) = 1. Suy ra fs ≥ 6.8 kHz.
Thực tế, CCITT quy định fs = 8 kHz.
 Nếu fs không thoả mãn định lý lấy mẫu
Shannon, thì xảy ra hiện tượng các phiên bản
phổ chồng lấn lên nhau.
 Ta gọi đây là hiện tượng chồng phổ hay mập
mờ phổ (aliasing).
2.1.1 Bộ lấy mẫu và giữ mẫu


- Vào thời điểm lấy mẫu, khóa đóng lại. Tụ C được nạp rất
nhanh do rC rất nhỏ. Tụ C nạp đến điện áp bằng với giá trị
điện áp của tín hiệu tương tự vào.  lấy mẫu.
- Sau đó khóa mở ra. Do RC rất lớn nên điện áp trên tụ C gần
như không thay đổi. Đây chính là giai đoạn giữ mẫu.
2.1.2 Khôi phục tín hiệu
 Nếu fs thỏa định lý lấy mẫu, từ t/h PAM, có thể
khôi phục được tín hiệu gốc nhờ một bộ lọc
thông thấp tần số cắt fm
 Nếu fs không thỏa định lý lấy mẫu thì do ảnh
hưởng của hiện tượng chồng phổ, không thể
khôi phục tín hiệu ban đầu
 Để chống ảnh hưởng của chồng phổ, đặt
ngay trước bộ lấy mẫu một bộ lọc thông thấp
để loại bỏ các thành phần tần số lớn hơn fs/2
2.2.1 Lượng tử hoá
 Sự xấp xỉ hóa các giá trị của các mẫu tương
tự bằng cách sử dụng số mức hữu hạn M.
 m(t): t/h vào bộ lượng tử hoá
 mq(t): t/h ra của bộ lượng tử hoá
 m-2, m-1, m0, m1, m2.. : các mức lượng tử hoá
 m(t) và mq(t) cắt nhau tại nữa bước lượng tử.
 Sự khác nhau giữa m(t) và mq(t) nhiều hay ít phụ
thuộc vào kích thước bước S (Step size)
 Gọi V: Biên độ đỉnh của t/h tương tự vào
M: Số mức lượng tử hoá
n: Số bit dùng để mã hoá
S = V/M
 Nhiễu lượng tử hoá:
• Giả sử tín hiệu lượng tử hoá được truyền đến
trạm lặp, chịu ảnh hưởng của nhiễu nên bị méo
• Tín hiệu này đi vào bộ lượng tử hoá một lần nữa
gọi là tái lượng tử hoá, được t/h ra.
• Quan sát thấy lỗi chỉ xuất hiện nếu biên độ nhiễu
vượt quá một nữa kích thước bước.
→ tăng kích thước bước, có thể giảm bớt sự tích luỹ
nhiễu
• Tăng kích thước bước thì sẽ dẫn đến sự sai khác
giữa tín hiệu gốc và tín hiệu lượng tử hoá: sai
khác này gọi là nhiễu lượng tử hoá
2.2.2 Mã hoá
 Sự kết hợp giữa hoạt động lấy mẫu và lượng
tử hóa tạo ra tín hiệu PAM lượng tử hóa
(quantized PAM)
 Dãy xung rời rạc cách nhau Ts và có biên độ
cũng rời rạc hóa với M mức biên độ
 Trước khi truyền đi, mỗi mẫu PAM lượng tử
hóa được mã hóa thành một từ mã số (digital
word) gọi là từ mã PCM (PCM word)
 Có thể sử dụng mã Gray hoặc mã nhị phân để
biểu diễn từ mã PCM
 Gọi n là số bit cần thiết để mã hoá mỗi từ mã PCM.
Vì cả mã gray và mã mã nhị phân đều là mã cơ số 2
nên ta chọn n sao cho:
log2 M ≤ n ≤ log2(M+1)
2.2.3 Lượng tử hoá và mã hoá không đều
 Nhiễu lượng tử hóa phụ thuộc vào kích thước
bước S
 Nếu S không thay đổi thì tỷ số SNR sẽ nhỏ
đối với tín hiệu có biên độ nhỏ và lớn đối với
tín hiệu có biên độ lớn
 Để đạt SNR đồng đều: tiến hành lượng tử hoá
không đều với S thay đổi
 Lượng tử hoá không đều
• Trước tiên cho đi qua bộ khuếch đại nén tuyến
tính gọi là bộ nén (compressor)
• Rồi vào bộ mã hóa PCM sử dụng lượng tử hóa
đều
• Gọi là phương pháp lượng tử hoá phi tuyến hay
nén companding
– Biên độ tín hiệu càng cao thì càng ít mức lượng tử hay
bước lượng tử tăng theo hàm logarit theo biên độ t/h
– Hai luật nén được chuẩn hoá : Luật µ và luật A. Cả hai
luật đều theo hàm logarit và có 256 mức.
 Luật µ Giá trị đỉnh s1(t) và
s2(t) = ± 1, µ là hằng
số dương




 Luật A s1(t): t/h vào bộ nén
s2(t): t/h ra bộ nén




Giá trị A điển hình: A = 87,6
• Với A = 87.6, Dunlop và Smith đã chứng minh
rằng: so với lượng tử hóa đều thì tỷ số (S/N) tăng
được 24 dB khi x < 1/A và tăng 38 dB khi x > 1/A.
Với luật μ , tỷ số (S/N) tăng hơn một chút so với
luật A.
 Ngược với quá trình nén bên phát, bên thu
thực hiện quá trình giải nén hay còn gọi là giãn
nhờ bộ giãn (expandor).
 Đặc tuyến giãn là đảo ngược của đặc tuyến
nén. Như vậy, đặc tuyến giãn là đặc tuyến đối
loga.
 Sự kết hợp giữa bộ nén và bộ giãn gọi chung là bộ
nén - giãn (compandor )
 Để quá trình nén - giãn không làm ảnh hưởng đến
chất lượng của tín hiệu khôi phục thì đây phải là một
quá trình tuyến tính, nghĩa là t ổng hai đặc tuy ến nén
và giãn phải là một đường thẳng
2.2.4 Một số đặc điểm của t/h PCM
a. Băng thông
• R là số bit truyền đi trong một giây của t/h PCM
• n là số bit của một từ mã PCM
fs là tần số lấy mẫu

R = n.fs
• Băng thông của t/h PCM




1 1 BPCM ≥ R = nf S
≥ R = nf S
B PCM
2 2
 Để tránh chồng phổ thì tần số lấy mẫu phải là
B ≥ 2fs với B là băng thông của tín hiệu tương
tự tương ứng
 Băng thông của t/h PCM:
B PCM ≥ nB BPCM ≥ 2nB
 Vậy băng thông của t/h PCM lớn hơn băng
thông của tín hiệu tương tự
→ Khuyết điểm của hệ thống thông tin sử
dụng PCM
b. Ảnh hưởng của nhiễu lên t/h PCM
 Nhiễu lượng tử hóa gây bởi bộ lượng tử hóa M
mức ở bên mã hóa PCM
 Lỗi bit (bit error) ở tín hiệu PCM khôi phục gây
bởi nhiễu kênh truyền (channel noise).
2.3 Các kỹ thuật số hoá giảm
băng thông
Mục này này trình bày sơ lược một số kỹ thuật
giảm băng thông của tín hiệu, bao gồm:
 PCM delta
 PCM vi sai DPCM (Differential PCM)
 DM (Delta Modulation)
2.3.1 Kỹ thuật PCM delta
 PCM delta chỉ mã hóa và truyền đi độ chênh
lệch giữa các mẫu cạnh nhau (difference in
adjacent sample values).
2.3.2 Kỹ thuật DPCM
 Sử dụng thuật toán dự đoán (predict) để dự
đoán giá trị của mẫu tương lai của tín hiệu
 Rồi đợi cho đên khi giá trị của mẫu thực sự
xuất hiện để kiểm tra, sau đó truyền đi tín hiệu
biểu diễn sai khác giữa giá trị dự đoán với giá
trị thực sự
 DPCM cho phép mã hóa với độ dài từ mã
giảm đi, băng thông của tín hiệu giảm đi
2.3.3 Kỹ thuật DM
 Mỗi từ mã chỉ có một bit nhị phân
 Bit duy nhất này chỉ ra sự tăng hay giảm của
mẫu sau so với mẫu trước
Ví dụ: Tăng mã hoá “1”, giảm mã hoá “0”
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản